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半导体制造工艺全解析

随着科技的不断进步，半导体技术在各个领域得到了广泛的应用，如计算机、手机、数码产品甚至人工智能等。半导体工艺是半导体器件制造过程中的关键环节，也是半导体产业发展的基础。
那么半导体究竟是怎样被制造出来的呢？今天就跟着理研计器一起来看一下▼▼▼

01
晶圆制备，画布开始：
半导体工艺的第一步，就是制造晶圆，晶圆是一种很薄而且非常光滑的半导体材料圆片，是集成电路的“画布”。一切后续的半导体工艺都是在这个“画布”上展开。
以硅基晶圆为例，半导体晶圆的主要制备步骤有：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。
晶圆制备完成后，半导体的画布就形成了，后续半导体工艺由此开始。

02
氧化工艺，制作铠甲：
在半导体电路中，除了用于可控导电的各种二极管、三极管外，还必须要用绝缘物质将不同的电路隔离开来，对于硅基元素来说，形成这种绝缘物质最方便的方法就是将硅进行氧化，形成二氧化硅（SiO2）了。通过氧化工艺，脆弱的硅基晶圆就像穿上了一层“铠甲”。
氧化工艺是指在半导体晶片表面形成氧化层的过程，氧化层可以增强晶片的绝缘性能，并且可以作为蚀刻掩膜、电介质、层间绝缘等多种用途，常见的氧化工艺有湿法氧化和干法氧化两种。
在半导体工艺中，氧化工艺非常重要，它为后续的制造步骤提供了基础和保障，氧化层不仅可以隔离和保护硅晶圆，还可以作为掩膜层来定义电路图案，没有氧化层，半导体器件就无法实现高性能、高可靠性和高集成度。

03
光刻蚀刻，图案绘制：
有了画布素材，终于可以任由芯片设计师挥毫泼墨，自由创作了，光刻和刻蚀步骤就是将芯片设计师所设计的图案，转移到晶圆片上的过程。通过光刻及刻蚀步骤，就可以将希望的图形，在晶圆片上真正实现。
光刻
完成图案转移
光刻技术是一种将掩模板（Mask）上的图形转移到涂有光刻胶的晶圆片上的技术。光刻技术可以将半导体表面上特定的区域去除或者保留，从而构建半导体器件。
光刻步骤主要包括：设计电路并制作掩模板、涂光刻胶、曝光、显影与坚膜。
蚀刻
形成图案
经过了光刻步骤之后，所需要的图案已经被印在了晶圆表面的光刻胶上。但要实现半导体器件的制作，还需要把半导体器件按照光刻胶的图形复刻出来。这个复刻的过程就叫刻蚀（Etching）。
半导体刻蚀方法分为两类，分别是湿法刻蚀和干法刻蚀。

04
掺杂工艺，注入灵魂：
掺杂工艺是半导体工艺中的灵魂工艺，电路中各半导体器件的电学性能在此步骤形成。在此步骤之前，整片晶圆不过是一片冷冰冰的材料一片，过了此步骤，才有了各种各样的二极管、三极管、CMOS以及电阻等，至此，从沙子而来的晶圆片终于有了灵魂。
掺杂工艺是半导体工艺中最核心和最基础的技术之一，对于半导体器件的设计和制造具有决定性的影响，实现掺杂的主要方法有两种，即热扩散和离子注入。

01
热扩散是在高温下（约1000℃）将半导体暴露在一定掺杂元素的气态下，利用化学反应和热运动使杂质原子扩散到半导体表层的过程；

02
离子注入是将杂质原子电离成离子，用高能量的电场加速，然后直接轰击半导体表面，使杂质原子“挤”进到晶体内部的过程；

05
薄膜沉积，阡陌交通：
薄膜工艺就是指在半导体晶晶圆片上沉积各种材料，以实现不同电路功能或特性的过程，各个半导体器件之间或是金属连接，或是电场联系，均需要用这些薄膜层实现。

沉积：晶圆画布上的喷涂刷

沉积工艺就像是喷涂刷，将涂料均匀的薄薄喷洒在晶圆表面上，沉积主要分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。

01
PVD是利用物理方法，将材料源气化成气态原子、分子，或电离成离子，并通过低压气体，在基体表现沉积成薄膜的过程。一般用来沉积金属薄膜。
02
CVD是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物，在衬底表面进行化学反应形成薄膜的方法。一般用于沉积半导体或绝缘体，以及金属合金等。  
抛光：喷涂后的找平

抛光就是用于晶圆表面薄膜层平整化的技术。抛光工艺中，最主要的工艺是CMP（化学机械抛光），CMP是一种利用化学腐蚀和机械摩擦的结合来实现晶圆表面平坦化的技术，研磨对象主要是浅沟槽隔离(STI)，层间膜和铜互连层等。

以上就是芯片制造中的主要工艺（以硅基半导体为主要参考），芯片的制造工艺是一个复杂的过程，每个步骤都对半导体性能和功能有重要影响。

半导体行业迅猛发展，在其生产过程中所需气体使用量也在不断加大，上述的不同工艺中就用不各种各样不同的特种气体，现如今半导行业体特种气体品类更加多样化，其中不乏一些易燃气体以及对人体产生危害的有毒有害气体，如何保证生产过程中的气体使用安全，也是行业关注的焦点。

如何预防半导体行业易燃、有毒有害气体

半导体制造业被美国(FMS)组织列为”极高风险”的行业，主要是因为它在制程中要使用到极高毒性、腐蚀性及易燃性气体，再加上无尘室的密闭作业环境及回风系统，所有这些因素都大大增加了半导体厂房的风险。

作为半导体晶圆代工厂气体的使用者，每一位工作人员都应该在使用前对各种危险气体的安全数据加以了解，并且应该知道如何应对这些气体外泄时的紧急处理程序。

根据现行国家标准《特种气体系统工程技术规范》GB50646-2011和《有毒气体检测报警仪技术条件及检验方法》HG23006中的有关规定，同时结合半导体工厂使用气体检测装置产品的快速响应要求作出检测报警响应时间规定：

要求处于抽风口或环境点安装毒性气体侦测器及系统，若发生任何有毒气体的泄漏将会被气体侦测系统所侦测到，这个控制系统将根据气体外泄对人体危害的大小来确定整个气体输送系统的相关互锁动作，严重时紧急关闭上游所有气源，同时会驱动中央控制室和现场的相关报警系统LAU，甚至会驱动全厂的自动语音广播系统通知立即疏散，要求相关人员迅速撤离报警区域。

半导体行业在生产、制造、工艺等方面或多或少都会涉及到易燃易爆、有毒有害气体，为避免这些危险气体泄漏等导致的事故，半导体行业用气体检测仪的使用不可或缺。

理研计器半导体行业危险气体检测方案

气体检测仪在现今半导体工业已成为必备的环境监控仪器，也是最为直接的监测工具。

理研计器一直关注半导体制造行业的安全发展，以为人们营造安全的工作环境为使命，潜心开发适用于半导体行业的气体传感器，针对用户遇到的各种问题，提供合理的解决方案，不断升级产品功能，优化系统。

结语
半导体制造业在生产环节经常要使用到极高毒性，腐蚀性及易燃性气体，气体检测系统一直是半导体芯片厂厂务各系统中最重要环节之一，设计上的优劣会直接影响到整个厂的安全，同时作为使用仪器的工厂安全人员也应该具备气体检测的安全意识。
安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调发展的标志。在生产过程中，通过安装气体检测报警装置，时刻检测有毒有害气体泄漏浓度，将风险隐患控制在源头。
理研计器拥有600多种气体传感器和100多种气体探测器。未来，我们仍将不断开发新产品、研发各项新功能，使得气体检测仪在应用上更先进、更适合日新月异的市场环境，致力于为用户提供一个可靠、准确、安全的气体检测方案。
理研计器必将在未来气体产业的生命安全画卷中，添上浓墨重彩的一笔，守护人们的幸福生活，为生产和生活不断创造新价值！为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。